水源切換對管網(wǎng)鐵釋放影響的模擬研究.pdf

1、隨著2014年南水北調(diào)中線工程的竣工，丹江口水庫水源將調(diào)入北方受水區(qū)城市，北方B市將面臨外調(diào)水源和本地水源的多水源頻繁切換供水模式。本研究利用中試管網(wǎng)系統(tǒng)模擬研究了本市未來外調(diào)水源對當(dāng)?shù)毓┧芫W(wǎng)水質(zhì)以及不同水源切換時對當(dāng)?shù)毓┧芫W(wǎng)鐵腐蝕產(chǎn)物釋放可能造成的影響，開展了初步的模擬管網(wǎng)中試研究。從北方某受水區(qū)城市的實(shí)際管網(wǎng)中挖取了歷史通水水源不同的4個地點(diǎn)的無內(nèi)襯鑄鐵管并運(yùn)輸至丹江口中試基地，搭建了4套管網(wǎng)模擬系統(tǒng)，并在水源切換為丹江口水源水

2、后分7個試驗(yàn)階段對模擬管網(wǎng)進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行了16個多月的連續(xù)跟蹤監(jiān)測。
　　 試驗(yàn)開始后，首先對模擬管網(wǎng)系統(tǒng)切換為丹江口水源進(jìn)行了長達(dá)6個多月的適應(yīng)性觀察研究，這一階段的觀察性試驗(yàn)研究結(jié)果表明:丹江口水庫水拉森指數(shù)在0.5左右，低于該北方受水城市的地表水但高于該市的地下水，具有微弱的腐蝕性。水源切換后，原通地下水的管道系統(tǒng)鐵釋放量最高，呈現(xiàn)“黃水”現(xiàn)象，切換75d后逐漸達(dá)到穩(wěn)定，“黃水”現(xiàn)象消失;而原通地表水為主的3套管道系統(tǒng)只在

3、水源切換初期鐵釋放量較高，約30d后鐵釋放趨于穩(wěn)定并一直維持在較低的水平。管網(wǎng)水的鐵釋放量與出水濁度存在明顯的正相關(guān)性。水源切換后伴隨總鐵釋放量的增加，管網(wǎng)出水的pH值、總堿度、總硬度、溶解氧明顯降低。不同管道對水源切換響應(yīng)的差異與其內(nèi)壁的管垢特征不同有關(guān)，長期通地下水的管道內(nèi)部管垢較薄且無明顯分層特征，而長期通地表水的管垢較厚且多呈瘤狀分布，具有明顯的分層特征。
　　 為了模擬多種不同水源間的切換，在丹江口水源水質(zhì)的基礎(chǔ)上又分

4、別開展了硫酸根、氯離子、pH值、氯胺消毒劑和溶解氧等變化對管網(wǎng)鐵腐蝕產(chǎn)物釋放影響的研究。結(jié)果表明:試驗(yàn)管網(wǎng)在先期通入丹江口水源至相對穩(wěn)定后，再大幅度提高進(jìn)水的硫酸根濃度和氯離子濃度對管網(wǎng)鐵釋放影響的作用不大，系統(tǒng)出水總鐵濃度和濁度仍滿足國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)。但在氯離子濃度為100mg/L、水力停留時間由8h增加為24h時，管網(wǎng)鐵釋放量和出水濁度顯著升高，且原通地下水的管道鐵釋放量大于原通地表水的管道鐵釋放

5、量。在一定范圍內(nèi)降低管網(wǎng)進(jìn)水的pH值(8.2～7.0)對管網(wǎng)鐵釋放的影響較小，出水總鐵濃度和濁度不超標(biāo)。在一定范圍內(nèi)提高氯胺消毒劑濃度(0.5～2.0 mg/L)，在HRT不變的情況下，管網(wǎng)鐵釋放隨著氯胺消毒劑濃度的增加而升高，在增加HRT的條件下，管網(wǎng)鐵釋放更加嚴(yán)重;水中溶解氧濃度的變化對管網(wǎng)鐵釋放具有兩面性，在一定范圍內(nèi)具有抑制作用，超過臨界值后又具有促進(jìn)作用，在此條件下，HRT對管網(wǎng)鐵釋放影響依然重要。水源水質(zhì)特征、管道的管垢結(jié)構(gòu)

6、特征以及管網(wǎng)水力停留時間等是影響水源切換條件下管網(wǎng)鐵釋放的重要因素。
　　 通過掃描電鏡，X熒光光譜分析，X射線衍射分析，及X光電子能譜等材料分析儀器的檢測，發(fā)現(xiàn)管垢外部輸水平滑而致密，內(nèi)部多孔而疏松。β-FeOOH和FeCO3是管壁腐蝕產(chǎn)物中的不穩(wěn)定成分，水源切換之后，管垢的化學(xué)成分發(fā)生了相應(yīng)的變化，最終形成了以Fe3O4和α-FeOOH為主的穩(wěn)定性管垢。XRD的分析結(jié)果顯示，系統(tǒng)穩(wěn)定后的管垢成分中Fe3O4和α-FeOOH的